Синтез протеогликанов

Синтез гликозаминогликанов обеспечивают фибробласты. Поскольку гликозаминогликаны в организме человека в чистом виде не встречаются, а всегда связаны с белком, то пептидный компонент протеогликанов синтезируется на полирибосомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом. Пептидная цепь пронизывает мембрану и наращивается в сторону полости эндоплазматической сети, где начинается синтез углеводной части протеогликанов. Гликозаминогликаны связываются с белком через гидроксильные группы серина (рис. 1). Здесь же в полости ретикулума происходит и сульфатирование углеводного компонента. В процессе синтеза вновь образованные молекулы перемещаются к аппарату Гольджи, где они включаются в секреторные гранулы, и происходит экзоцитоз в составе этих гранул.

К полипептидной цепи последовательно прикрепляются хондроитинсульфат или кератансульфат, к которым постепенно добавляются аналогичные молекулы, наращивая углеводные цепи в стороны и образуя фигуру, по форме напоминающую бутылочный «ёршик». В межклеточном веществе такие соединения прикрепляются одним концом своей полипептидной цепи перпендикулярно к длинной молекуле гиалуроновой кислоты. В конечном виде протеогликаны представляют собой сложные надмолекулярные агрегаты. Эти комплексы выглядят как большая «щётка-ёршик», состоящая из малых «щёточек».

Например, в протеогликане из хряща (рис. 4) олигосахаридные цепи кератансульфата и хондроитинсульфата ковалентно связаны с полипептидным остовом субъединиц сердцевинного белка. В состав агрегата обычно входит около 100 таких протеогликановых мономеров. Каждый сердцевинный белок одним своим концом нековалентно соединён через два специальных связующих белка с длинной нитевидной молекулой гиалуроновой кислоты. Связующие белки стабилизируют агрегат, так как одновременно фиксируют и сердцевинный белок, и цепь гиалуроновой кислоты. Длина цепи гиалуроновой кислоты бывает самой разной (от 420 нм до 4200 нм). Молекулярная масса такого сложного комплекса может достигать 10⁸ Да и более, а занимаемый им объём равен объёму бактериальной клетки.

Разнообразие протеогликанов определило их разделение на группы:

1. гиалектаны – большие протеогликаны
2. малые протеогликаны
3. протеогликаны мембран: а) клеточных мембран

б) базальных мембран

Характеристики и функции отдельных протеогликанов указаны в таблице. У каждого конкретного соединения они определяются составом компонентов: углеводного и, отчасти, белкового.

Таблица. Представители протеогликанов

Название	Молекулярная масса кόрового белка	Тип и число цепей ГАГ	Локализация	Функция
Агрекан	210 кДа	ХДС, КС (130)	Хрящ	Опорная
Бетагликан	36 кДа	ХДС, ДС (1)	Клеточная поверхность, матрикс	Связывает трансформирующий фактор роста β
Декорин	40 кДа	ХДС, ДС (1)	Широко распространён	Связывает фибриллы коллагена I типа и трансформирующий фактор роста β
Перлекан	600 кДа	ГС (2-15)	Базальная мембрана	Структурная и фильтрующая функции в базальной мембране
Серглицин	20 кДа	ХДС, ДС (10-15)	Секреторные пузырьки лейкоцитов	Помогает упаковке и хранению секретируемых молекул
Синдекан-1	32 кДа	ХДС, ГС (1-3)	Фибробласты, поверхность эпителия	Клеточная адгезия, связывает фактор роста фибробластов

Примечание: ХДС – хондроитинсульфат, ГС – гепарансульфат, ДС – дерматансульфат, ГАГ – гликозаминогликан.

Функции протеогликанов обеспечиваются свойствами сульфатированных цепей протеогликанов. Гидратация и одноимённые заряды сульфатиро­ванных цепей обусловливают их взаимоотталкивание. Поэтому комплексы занимают максимально возможное пространство. По тем же причинам комп­лексы отталкиваются друг от друга, и их общий объём оказывается значи­тельно бόльшим, чем объём собственно молекул, если бы они были плотно уложены в пространстве. При увеличении внешнего давления комплексы сближаются, выжимая воду из межмолекулярных промежутков, а по прекра­щении давления восстанавливают исходные расстояния. Вся совокупность протеогликановых молекул обеспечивает амортизационную функцию.

Связанная гликозаминогликанами вода представляет собой гель, который ограничивает диффузию и проницаемость межклеточного вещества (в том числе для клеток). Способность гликозаминогликанов как поливалентных анионов связывать большие количества ионов натрия определяет их участие в водно-солевом обмене.

Протеогликаны образуют огромные полимерные комплексы с размерами, соизмеримыми с размерами бактерий, а, соединяясь с другими белками, формируют очень сложные структуры. Примером может служить базальная мембрана.

Не все протеогликаны секретируются из клеток во внеклеточный матрикс. Оставаясь на поверхности клеток, одни из них являются частью рецепторных комплексов, другие становятся интегральной частью плазматических мембран и имеют кόровый белок, который пронизывает мембрану или соединён с её липидами.

Протеогликаны могут быть компонентами внутриклеточных секреторных пузырьков, где способствуют упаковке и секреции молекул. Вдобавок они участвуют в регуляции активности секретируемых сигнальных молекул. Обусловлено это тем, что связывание с протеогликанами может ограничить пространство действия таких молекул (локализация действия) или стерически блокировать их активность, или создать резервуар сигнальных молекул, пролонгируя их действие, или защищать их от расщепления. Изменяя конформацию или концентрируя такие молекулы, протеогликаны способствуют их более эффективному функционированию.

Гликопротеины (и мукопротеины)

Гликопротеины и мукопротеины межклеточного матрикса – это белково-углеводные комплексы с ковалентно присоединёнными углеводными цепями гораздо меньшей длины, чем гликозаминогликаны. Оба этих класса белков обычно объединяют в один (и называют гликопротеины), так как различия между ними касаются лишь количества углеводов. Если у гликопротеинов углеводы составляют до 10 %, то у мукопротеинов до 50 % от массы молекулы. Из состава глико- и мукопротеинов выделено 7 моносахаридов

Таблица Моносахариды глико- и мукопротеинов

Название	Тип	Активная форма	Примечание
Галактоза	Гексоза	УДФ-Гал	часто расположена субтер­минально к N-ацетилнейра­миновой кислоте, выделена из корового олигосахарида протеогликанов
Глюкоза	Гексоза	УДФ-Глю	обычно обнаруживается во время синтеза N-связанных гликопротеинов, но отсутствует в зрелых гликопротеинах
Манноза	Гексоза	ГДФ-Ман	сахар N-связанных гликопротеинов
N-ацетил-нейраминовая кислота	–	ГМФ-Нейрам	наиболее частый терминальный сахар в гликопротеинах
Фукоза	Дезоксигексоза	ГДФ-Фук	встречается в концевых отделах гликопротеинов
N-ацетил-галактозамин	Аминогексоза	УДФ-Галамин	выделен из всех гликопротеинов
N-ацетил-глюкозамин	Аминогексоза	УДФ-Гламин	выделен из всех гликопротеинов

Функции гликопротеинов (и мукопротеинов)

• Структурные компоненты мембраны клетки, коллагеновых, эластиновых и фибриновых волокон, костного матрикса.
• Соединительный элемент в межклеточном взаимодействии.
• Защитные свойства: муцины играют роль смазочного материала, снижая трение соприкасающихся поверхностей.
• Транспортные молекулы для витаминов, липидов, микроэлементов.
• Иммунная защита. Иммуноглобулины, антигены гистосовместимости, комплемент, интерферон – вещества гликопротеиновой природы.
• Гормоны-гликопротеины: тиротропин, хорионический гонадотропин.
• Ферменты (глико- и мукопротеины): гидролазы, нуклеазы, гликозидазы, факторы свёртывания.
• Лектины (от лат. lego – выбираю) – белковые агглютинины, способные специфично и обратимо связывать углеводы или их остатки.

Среди гликопротеинов межклеточного матрикса есть множество структурных белков фибриллярной природы, адгезивных и антиадгезивных белков. Структурную функцию выполняют семейства коллагена, эластина. К гликопротеинам с выраженными адгезивными свойствами относят фибронектин, ламинин, с антиадгезивными свойствами – остеонектин, тенасцин, тромбоспондин. Все они важны в построении и работе тканей зуба и пародонта.

В настоящее время выделено около 20 основных генетически разных видов коллагеновых молекул. Их называют изоколлагены и обозначают как коллагены I типа, II типа и т.д. Каждый тип коллагена входит преимущественно в состав какой-либо определённой ткани. Сообщено также о XVI, XVII, XVIII типах коллагена, которые сопутствуют основным коллагенам и ещё мало изучены. Основные типы коллагенов зависят от состава a-цепей тропоколлагена: